Определение среднего потребления тока маломощным непостоянным устройством: 4 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Вступление

Из любопытства я хотел узнать, на сколько хватит батареек в моем удаленном температурном датчике. Для этого нужны два элемента AA, подключенные последовательно, но это мало помогает установить амперметр в линию и наблюдать за дисплеем, потому что мощность потребляется импульсами. Каждые пару минут устройство включает свой передатчик 433 МГц на несколько секунд, а затем возвращается в состояние покоя, просто отсчитывая время до следующей передачи.

Мне нужно было средство, чтобы суммировать общее потребление тока за период в несколько часов, чтобы получить среднее значение. Я сделал это, запитав устройство от суперконденсатора и рассчитав эффективный средний ток по падению напряжения на конденсаторе в течение нескольких часов.

Ясно, что это не может дать полностью точный результат, потому что конденсатор испытывает некоторую внутреннюю утечку и теряет заряд каждый раз, когда вольтметр подключается для получения показаний. Но полученные результаты достаточно точны, чтобы я мог решить, на сколько хватит обычных батарей.

Запасы

• Тестируемое устройство (в моем случае удаленный датчик температуры)
• Вольтметр (подойдет цифровой мультиметр)
• Суперконденсатор (я использовал 4 Фарад 5,5 В)
• Часы (чтобы отметить, когда снимаются показания)
• поводки с зажимом под крокодил.

Шаг 1: проверьте оборудование

Убедитесь, что суперконденсатор достаточно заряжен.

Используя два элемента AA (при условии, что они полностью заряжены) подключите их к SuperCap, чтобы довести его до 3 вольт. Отключить. Измерьте напряжение SuperCap, чтобы убедиться, что он показывает 3 вольта (или почти), и отметьте напряжение и время. Отключите вольтметр. Подождите несколько часов. Еще раз измерьте напряжение SuperCap, чтобы убедиться, что он не протекает серьезно. Надеюсь, это почти не изменится. Мой 4-х Фарадный SuperCap все еще имел половину своего начального напряжения через месяц!

Между прочим, мой опыт работы с SuperCap показывает, что чем больше емкость, тем быстрее они теряют свое напряжение. Мой конденсатор на 100 Фарад теряет половину своего напряжения менее чем за день.

Шаг 2: Измерьте

Подключите включенный SuperCap к тестируемому устройству и измерьте начальное напряжение, не забывая также записывать время.

Оставьте устройство работать от SuperCap и проверяйте напряжение каждые несколько часов. Как только напряжение упадет, скажем, на 25 процентов (от половины до одного падения вольта для моего 3-вольтового устройства), запишите напряжение и еще раз.

Не думайте, что работать дольше будет лучше, потому что, если напряжение упадет слишком низко, устройство может перестать работать.

Шаг 3: посчитайте

Для идеального (теоретически совершенного) конденсатора разряд через нагрузку выражается СИНЕЙ формулой.

Где:

Vc = конечное напряжение конденсатора Vs = начальное напряжение конденсатора e = математическая константа примерно 2,718t = время в секундах R = сопротивление нагрузки C = емкость

Все, что нам нужно сделать, это вычислить R. Затем, зная эффективное сопротивление и среднее подаваемое напряжение, мы можем получить среднее потребление тока. Это непросто, если вы не являетесь продвинутым математиком. Чтобы упростить задачу, мы сначала изменим эту формулу в соответствии с ЧЕРНО-БЕЛОЙ версией, где R.

(* означает умножение, а ln () означает натуральный логарифм значений в скобках.)

Изучение математики раздражает и подвержено ошибкам, поэтому я сделал электронную таблицу, чтобы сделать тяжелую работу.

Из моей таблицы вы увидите, что я сначала использовал известный нагрузочный резистор, чтобы проверить точность этого подхода. В моем наихудшем случае ошибка была меньше 10 процентов. Не плохо.

Шаг 4. Загрузите таблицу для собственных экспериментов

Вы можете загрузить мою электронную таблицу и поместить свои собственные значения в столбцы при проведении собственных экспериментов.

Заключение

Этот метод определения среднего потребления тока подходит для большинства практических целей.

Как вы увидите из таблицы, мой удаленный датчик температуры потребляет около 85 мкА. Если я просто предполагаю, что это 100 мкА, это означает, что батареи емкостью 2000 мАч в устройстве должны прослужить 20 000 часов - пару лет. Это то, что я хотел знать.